Аналоговые процессоры

В качестве практического использования аналоговых вычислений с использованием оптического Фурье-преобразования отметим следующие модели компьютерных систем:

Оптоэлектронный процессор фирмы Global Holonetics, первым вышедший на рынок, предназначен, в частности, для распознавания упаковок в супермаркетах, в нем используется формирователь изображения, содержащий приблизительно 65000 жидкокристаллических элементов с электронным управлением и он распознает до 30 изображений в секунду и стоит вчетверо меньше обычных компьютеров технического зрения;

Оптический коррелятор компании Litton Data Systems на базе магнитооптики выполняет более 1000 корреляций в секунду по изображениям формата 128х128 пикселей, при объеме 10 дм³ он высоконадежно распознает бронетехнику на многокилометровой дистанции.

В качестве другого примера практического использования аналоговых оптических компьютеров рассмотрим операционные устройства, выполняющие операции с множеством аналоговых числовых данных [1, 4].

Объектом операций, или данными, будем считать вектор, состоящий из п чисел, и двумерную матрицу размерностью п п. На рис. 8 показан пример структуры базового оптического арифметического устройства, выполняющего умножение вектора и матрицы при п = 3.

 

 

Рис. 8. Принцип действия оптического операционного устройства, выполняющего умножение вектора на матрицу.

-три источника света в виде строки.

-матричный оптический транспарант (.маска).

-столбец оптических датчиков:

Слева показаны три источника света, расположенные горизонтально. В центре расположен оптический транспарант размером 3x3, а справа — вертикально три фотодетектора. Кроме того, создадим оптическую систему таким образом, чтобы свет, излучаемый одним из источников, например х₁ распространялся веерообразно по вертикали, как показано на рисунке, и падал только на часть маски а₁₁, а₁₂, а₁₃ (в данной схеме оптическая система не показана). Свет от соседнего с х₁ источника х₂ распространяется также вертикально веерообразно и падает на соседние участки маски а₂₁, а₂₂, а₂₃ и до других участков не доходит. Интенсивность света, прошедшего через транспарант, определяется произведением интенсивности входного луча х_i на коэффициент пропускания а_ij данного участка транспаранта.

Далее, свет, прошедший через транспарант, фокусируется с помощью другой оптической системы (также не показанной на рисунке), но только по горизонтали. Световые лучи, прошедшие через элементы а₁₁, а₂₁, а₃₁ в верхней части транспаранта, достигают только самого верхнего оптического датчика у₁. Аналогично световые лучи, прошедшие через второй ряд ячеек транспаранта а₁₂, а₂₂, а₃₂ достигают только датчика у₂. В конечном итоге интенсивность света в i-м оптическом датчике будет определяться суммой трех произведений a_ij, и x_i (см. формулу, приведенную на рис. 8), которая по определению представляет собой произведение вектора хна матрицу а.

Разумеется, число элементов п вектора и матрицы не обязательно может равняться трем, оно может быть любым. Возможность параллельной (одновременной) обработки множества данных можно назвать классической отличительной чертой аналогового оптического компьютера. Этот принцип впервые был предложен в 1975 г. в Станфордском университете (США) и лег в основу многих оптических информационных устройств, разработанных впоследствии, в частности, в основу первого коммерческого цифрового оптического компьютера Enlight256, представленного компанией “Lenslet” в октябре 2003 г [5].